新的冠状动脉支架设计和材料在临床应用前必须在相关的临床前模型中进行测试。本文介绍了一种用于支架研究的动脉粥样硬化兔主动脉模型和猪冠状动脉模型。 在体 以及组织学分析。
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新的冠状动脉支架设计和材料在临床应用前必须在相关的临床前模型中进行测试。本文介绍了一种用于支架研究的动脉粥样硬化兔主动脉模型和猪冠状动脉模型。 在体 以及组织学分析。
冠状动脉疾病是全球范围内导致发病和死亡的主要原因。尽管生活方式改变和药物治疗是治疗的基石,但对于接受优化药物治疗后仍存在症状的急性冠脉综合征和慢性冠状动脉疾病患者,常规会实施冠状动脉球囊血管成形术和支架植入术。近几十年来,已开发出多代冠状动脉支架。球囊血管成形术和支架植入术可通过将药物涂覆于球囊或支架表面来提供支持,这些药物旨在促进干预后血管的愈合,或预防再狭窄的形成。在新器械被临床采纳之前,必须对其安全性和有效性进行严格测试;因此,对可靠且可重复的支架术前评估方法的需求持续存在。本文介绍用于冠状动脉支架研究的猪冠状动脉模型和动脉粥样硬化兔模型,并描述血管内成像和支架组织学检查的基本步骤。
动脉粥样硬化性冠状动脉疾病给全球各国的医疗系统带来了沉重负担1。对于急性冠脉综合征患者以及有症状的稳定性冠状动脉疾病患者,常规实施冠状动脉球囊血管成形术和支架植入术2。球囊血管成形术是一项革命性发明,可用于重建狭窄甚至闭塞的冠状动脉血流。冠状动脉支架进一步改善了经皮冠状动脉介入治疗(PCIs)的效果,其通过防止球囊血管成形术后动脉的急性弹性回缩发挥作用3。随着药物洗脱支架(DESs)的引入,PCI 的疗效得到进一步提升;这类支架表面涂有抗增殖药物,旨在对抗支架内再狭窄(ISR)——即先前植入的支架再次发生管腔狭窄。DESs 随后进一步发展,其支架梁更薄但更耐用,并采用可生物降解的聚合物以实现药物释放。从概念上讲,支架的刚性结构仅需在数周至数月内提供支撑,以防止动脉回缩。这推动了新一代完全可生物降解支架装置的研发。早期的可生物降解支架和支撑结构曾遭遇一些挫折,因研究报道其支架内血栓形成的发生率有所增加4。因此,目前可生物降解支架尚未得到广泛应用。
仅在美国,每年进行的经皮冠状动脉介入治疗(PCI)就接近一百万例。随着越来越多的患者接受血管内治疗,新型支架材料和设计的研发将持续发展。对新器械的评估需要在具有生物学相关性的环境中进行测试,这就必须使用合适的动物模型。在研究可生物降解器械时,临床前动物模型尤为重要,因为这些器械的降解特性可能难以预测。评估应在大动物模型中进行,以便研究尺寸足够大、可用于患者的器械。
本文介绍了一种用于临床前支架评估的猪冠状动脉模型和一种动脉粥样硬化兔主动脉模型5,6两种模型均可容纳为临床使用而设计的设备和仪器。我们介绍 体内 用于评估支架性能、支架内血栓形成及支架内再狭窄的影像学方法。此外,我们展示了塑料包埋组织的组织学分析方法,包括免疫组织化学7.
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所有动物实验均经芬兰动物实验委员会批准。动脉粥样硬化兔模型采用成年3.0-4.0 kg的新西兰白兔(NZW)。猪冠状动脉研究中,实验动物在实验开始时体重为30-40 kg。兔动脉粥样硬化模型和猪冠状动脉模型的实验方案将分别描述,随后介绍如何对不可降解冠状动脉支架进行组织学分析,该组织学方法与所使用的in vivo模型无关。
1. 兔动脉粥样硬化模型
注意:为了在主动脉中诱导快速的动脉粥样硬化改变,动物需饲喂高胆固醇饮食,并在支架植入前对主动脉进行去内皮处理。支架植入和成像通过颈动脉进行,支架随后按以下所述进行组织学处理。对于兔主动脉而言,血管内超声(IVUS)比光学相干断层扫描(OCT)更适用,因为无需进行动脉冲洗。
2. 猪冠状动脉模型
注意:猪心脏在解剖结构和生理功能上与人类心脏相似。冠状动脉也具有相似性——它们走行于心外膜下,并形成三条主要冠状动脉分支(右冠状动脉(RCA)和左冠状动脉(LCA),后者进一步分为左前降支冠状动脉(LAD)和左回旋支冠状动脉(LCX))。本模型展示了在猪自身冠状动脉内进行支架植入,并采用光学相干断层成像(OCT)进行血管内成像。猪在麻醉前需禁食过夜。
3. 支架组织学
注意:非可降解金属支架的组织学分析需要使用塑料包埋系统,并采用专用切片机进行样本切片。该包埋系统可商业获取,但若需进行基于抗体的免疫组织化学染色,需对现有方案进行若干修改。无论使用何种动物模型,所有样本的包埋方案均相同。包埋过程应采用塑料包埋系统。所有包埋及组织学操作均应在通风橱内进行。
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必须通过血管造影确认支架成功扩张,理想情况下应结合血管内成像(图3A,B)。猪冠状动脉模型支持多次成像检查,光学相干断层扫描(OCT)可用于频繁成像以获取随访数据。通过血管造影和OCT成像可轻松评估支架内再狭窄(ISR)、支架扩张情况以及可能的支架梁断裂。与组织学不同,血管内成像可提供沿整个支架长度的连续数据,而组织学通常仅能对支架上少数几个节段进行分析。
采用上述组织学方法,尤其是定制的包埋方案,即使是从支架植入的节段也能进行免疫组织化学分析。常规试剂盒组织学染色(如苏木精-伊红染色,HE)也可轻松应用(图4A)。此外,该方法还可结合基于抗体的检测方案,用于内皮细胞、炎症细胞以及其他细胞类型的识别与鉴定(图4B)。
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尽管目前一代的药物洗脱冠状动脉支架已证明其优势,但新的器械正在被开发以更好地满足患者和医疗专业人员的需求。第一代完全可生物降解的冠状动脉支架遇到了若干挑战,这进一步凸显了在具有生物学相关性的模型中测试新器械的重要性9。本文介绍的模型为支架研究提供了两种选择。冠状动脉模型适用于新型血管内冠状动脉器械的研究,通常也是必需的,因为猪的冠状动脉解剖结构和生理特征与人类非常相似。动脉粥样硬化模型则提供了研究支架置入对动脉壁影响的机会,因为临床情况几乎总是涉及动脉粥样硬化病变。由于在猪体内诱导动脉粥样硬化非常困难,因此需要两种不同的模型来分别研究支架在相关冠状动脉以及动脉粥样硬化病变中的性能。这也是本文所介绍模型的主要局限性。
时间点可根据研究项目的需求进行调整。通常情况下,为期6周的随访已足以在任一模型中发现各研究组之间的差异10。猪冠状动脉模型使用的是生长中的动物,因此冠状动脉的直径会随着时间推移而发生变化。然而,我们已将该模型用于可生物降解器械的研究,随访时间长达18个月。相比之下,兔模型的靶...
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作者感谢芬兰东芬兰大学国家实验动物中心的Heikki Karhunen、Minna Törrönen和Riikka Venäläinen提供的专业技术支持。本研究由芬兰科学院旗舰项目资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 血管造影穿刺针 | Cordis | 12-004943 | |
| 阿司匹林 Cardio 100 mg | Bayer | ||
| 胆固醇 | Sigma-Aldrich | C8667 | |
| 波立维 | 赛诺菲 | 氯吡格雷 | |
| 冠状动脉支架(金属裸支架、药物洗脱支架、可降解支架) | 应根据研究方案选择支架。支架长度为 18–25 mm,直径为 2.5–3.5 mm | ||
| 多美康 | Orion | 美托咪定 | |
| Dragonfly Optis OCT 导管 | 雅培 | C408646 | 使用与现有成像系统兼容的导管 |
| 依诺肝素 | 赛诺菲 | 克赛 | |
| 乙醇 | Sigma-Aldrich | 32221-M | |
| 芬太尼 | Biocodex | ||
| 冠状动脉导丝 | Cordis | 507114 | |
| J 型头导丝 | Cordis | 502717 | |
| AR1 指引导管 | Cordis | 670-110-00 | |
| AR2 指引导管 | Cordis | 670-112-00 | |
| 直头指引导管 | Cordis | 55626090 | |
| Indeflator | 美敦力 | AC3200 | 用于支架球囊的充气与放气 |
| 5F 引入鞘 | Cordis | 504605P | |
| 6F 引入鞘 | Cordis | 504606X | |
| 凯他捷 | 辉瑞 | 氯胺酮 | |
| 显微外科器械套装 | Mediq | FBL-SET | 例如 S&T 基础实验室套装 |
| 多聚甲醛 | VWR | VWRRC28794.295 | 配制 1% 和 4% 的溶液 |
| 丙泊酚 | B. Braun | ||
| 缝线 | OneMed | JOH8685H | 5-0,不可吸收 |
| 缝线 | OneMed | JOHFH1642H | 4-0,可吸收 |
| Technovit 9100 | Kulzer | ||
| 配备线性探头的超声仪 | 飞利浦 | ||
| 真空室 | SP Bel-Art | F42043-0000 | |
| X 射线造影剂 | Iomeron | ||
| 二甲苯 | Sigma-Aldrich | 534056 |
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